肥密互作對寬幅勻播旱地冬小麥產(chǎn)量、品質及水分利用效率的影響

溫 健，趙貴賓，馬 彥，張 燕，李吉睿，劉廣才

(1.甘肅省永登縣農(nóng)業(yè)技術推廣中心,甘肅 永登 730300；2.甘肅省農(nóng)業(yè)技術推廣總站，蘭州 730020；3.甘肅省農(nóng)業(yè)科學院，蘭州 730070)

小麥是西北地區(qū)的主要糧食作物，種植面積占我國小麥總面積的13.6%，主要以旱地為主[1,2]。由于降水少且季節(jié)錯位、土壤肥力低和施肥不科學等問題，小麥生育后期易發(fā)生養(yǎng)分供應不足，影響產(chǎn)量提高和品質改善[3,4]。因此，優(yōu)化旱地小麥栽培模式，合理配置肥料和密度，改善小麥生育期的養(yǎng)分供應和水分的跨季高效利用，對提高旱地小麥產(chǎn)量、品質和水分利用效率具有重要意義。

小麥寬幅勻播是近年在西部干旱半干旱地區(qū)推廣應用的一項高產(chǎn)高效栽培技術，該技術集擴行距、抓群體、促勻播為一體[5]，具有群體光截獲量、相對濕度高，葉面積大，冠層溫度低等特點，水分和肥料利用率高，增產(chǎn)幅度可達 8%～13%以上[6-8]。在甘肅南部，寬幅勻播旱地小麥增產(chǎn)14%～18%，但種植密度較低、底墑不足的地塊也會減產(chǎn)[9,10]。合理的施肥量和種植密度配置是影響小麥生長發(fā)育、產(chǎn)量形成、品質和水分利用效應的關鍵因子[11,12]。有研究表明，低、中密度種植的小麥氮代謝酶活性、氮素積累量、氮素利用效率及籽粒產(chǎn)量較高[13]；較低氮肥水平下，又可通過增加種植密度促進小麥吸收深層土壤氮素，保持穩(wěn)定產(chǎn)量[14]；土壤水分缺乏時，還可深施磷肥提高對土壤水分吸收利用能力[15]。施肥量與籽粒產(chǎn)量、蛋白質含量和濕面筋含量呈二次拋物線關系，在高肥力土壤下更有利于強筋小麥品質性狀的提高[16]。種植密度與小麥水分利用特性呈負相關關系，但與品質的關系不盡一致[17,18]。因此，寬幅勻播條件下如何協(xié)調(diào)產(chǎn)量和品質，穩(wěn)定或提高水分利用效率，是亟待研究的課題。2017-2019 年連續(xù)3 a把施肥量、種植密度與作物產(chǎn)量、品質和水分利用效率之間的關系聯(lián)系起來，開展了大量的試驗研究與探索，以期明確寬幅勻播這種栽培方式下的最佳施肥量和密度搭配，為小麥寬幅勻播技術的推廣應用提供理論依據(jù)和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況及試驗設計

2016-2019連續(xù)3季，在永登縣柳樹鎮(zhèn)黑城村，開展了不同施肥量與密度對寬幅勻播旱地冬小麥產(chǎn)量、品質及水分利用效率的影響研究。試驗區(qū)域海拔2 010 m，無霜期112 d，年平均氣溫6.9 ℃，日照時數(shù)2617 h，年太陽輻射總量152 kJ/cm2，年均降水量不足300 mm，屬于半干旱區(qū)。試驗田為旱作梯田，土壤類型為黃綿土，前茬為小麥。小麥播種前0～20 cm土層土壤養(yǎng)分平均含量為有機質17.7 g/kg，全氮0.55 g/kg，堿解氮77.9 mg/kg，有效磷15.5 mg/kg，速效鉀278 mg/kg。

本試驗采用裂區(qū)設計，3次重復，隨機排列。主區(qū)因素為施肥量，設高、中、低3個水平(N：180、150、120 kg/hm2、P2O5：120、105、90 kg/hm2)，分別用F180、F150和F120表示，根據(jù)試驗地土壤養(yǎng)分和前期試驗[10,19]，鉀肥用量恒定(K2O：60 kg/hm2)；副區(qū)因素為種植密度，設置190、230、270、310 kg/hm24個水平，分別用D190、D230、D270和D310表示。試驗用肥料為尿素(含N 46%)，重過磷酸鈣(含P2O540%)、硫酸鉀(含K2O 50%)；肥料以基肥形式，結合整地于播種前一次性施于土壤。供試材料為“蘭天26”，采用甘肅酒泉鑄隴公司生產(chǎn)的2BJKF-6型小麥寬幅勻播機進行播種，播深3～5 cm，播幅10 cm，空行距12 cm，行距22 cm，做到不漏播、不重播，試驗區(qū)周圍設1 m寬的保護行，其他管理措施同大田。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 小麥產(chǎn)量及其構成因素的測定

小麥成熟期統(tǒng)計1 m雙行有效穗數(shù)。成熟后，各小區(qū)單打單收，并選取均勻一致的100穗小麥進行考種，調(diào)查小麥籽粒重量、穗粒數(shù)和千粒重。

1.2.2 小麥籽粒品質的測定

風干后的籽粒送甘肅省農(nóng)業(yè)科學院測試中心。容重用上海東方衡器廠產(chǎn)HGT-1000型容重器測定。籽粒硬度、含水量、蛋白質含量，濕面筋含量、沉降值、穩(wěn)定時間和吸水率等其他品質性狀用瑞典Infratec TM 1241近紅外谷物品質分析儀測定。

1.2.3 水分利用效率的測定

小麥播種前和收獲后，采用烘干法分層(每層20 cm)測定地表0～200 cm深度的土壤含水率。當?shù)貧庀缶譁y定的3 a小麥生育期平均降雨量為283.2 mm。按照“水分利用效率=產(chǎn)量/農(nóng)田耗水量”計算出小麥的水分利用效率。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)為3 a試驗數(shù)據(jù)的平均值，采用Excel 2010進行整理，SPSS Statistics 19.0進行統(tǒng)計分析，Duncan's進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同處理對寬幅勻播旱地冬小麥產(chǎn)量及其構成因素的影響

2.1.1 不同施肥量對寬幅勻播旱地冬小麥產(chǎn)量及其構成因素的影響

由表1可見，寬幅勻播旱地冬小麥籽粒產(chǎn)量及其各構成因素總體隨施肥量的增加而呈先上升后下降的趨勢，但F150和F180處理差異不顯著。從各相關因素來看，增加施肥量對有效穗數(shù)的影響達到顯著水平，對穗粒數(shù)的影響未達到顯著水平，表明該種植模式的穗粒數(shù)對施肥量不敏感，而千粒重隨施肥量的增加變化達到顯著水平，但低肥力和高肥力處理間差異不顯著，說明在實際生產(chǎn)中F150的施肥水平是寬幅勻播旱地冬小麥的一個臨界施肥水平，過多的施肥量會造成土壤理化和生境的惡化，從而使籽粒產(chǎn)量下降。

表1 不同施肥量對寬幅勻播旱地冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構成因素的影響

注：①表中數(shù)據(jù)為表3中相關值的平均值；②同列數(shù)字后的大、小寫字母分別表示0.01和0.05水平差異顯著，表2～7同。

2.1.2 不同種植密度對寬幅勻播旱地冬小麥產(chǎn)量及其構成因素的影響

由表2可知，寬幅勻播旱地冬小麥的子粒產(chǎn)量隨種植密度的增加而先增加后減少，最高為D270處理，產(chǎn)量達到6 696.58 kg/hm2。方差分析顯示，該處理與D230差異不顯著，與D190和D310處理的差異顯著。隨著密度的增大，穗粒數(shù)、千粒重呈下降趨勢，高密度差異顯著。有效穗數(shù)隨著密度的增加而增加，但D270處理與D310的處理差異不顯著。當密度超過D270時，穗粒數(shù)、千粒重均下降，這可能是由于密度增大，小麥群體變大，通風透光性差，光合效率和養(yǎng)分供給不足，說明寬幅勻播旱地冬小麥保持較高產(chǎn)量的適宜密度為D230～D270。

表2 不同種植密度對寬幅勻播旱地冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構成因素的影響

注：表中數(shù)據(jù)為表3中相關值的平均值。

2.1.3 施肥量與密度互作對寬幅勻播旱地冬小麥產(chǎn)量及其構成因素的影響

由表3可以看出，施肥量和種植密度對寬幅勻播旱地冬小麥籽粒產(chǎn)量及其構成因素有一定的互作效應。在低肥力和中肥力時，隨密度的增加，有效穗數(shù)先增加后減少，產(chǎn)量在D270達到高峰后降低；高肥力時，有效穗數(shù)隨著密度的增加一直增加。這可能是由于高肥力條件下小麥分孽力強，低密度處理下主莖成穗補償了分孽成穗，而高密度處理下有效穗數(shù)的增加彌補了種植密度增加導致的穗粒數(shù)的減少，從而增加了產(chǎn)量。F180D230和F150D270處理的產(chǎn)量較高，顯著高于F150D230和F180D270處理，比F120D190處理分別增產(chǎn)12.9%和12.5%，增產(chǎn)顯著。表明施肥量超過F150時，產(chǎn)量增幅下降。在同一肥力水平下，隨著密度的增加，穗粒數(shù)、千粒重一直降低；同一密度、不同肥力的穗粒數(shù)和千粒重表現(xiàn)不盡一致，D190和D230處理，穗粒數(shù)、千粒重隨肥力的增加先升高后降低，D270和D310處理，穗粒數(shù)隨肥力的增加而降低，千粒重隨著肥力的增加一直下降。

表3 不同施肥量、密度對寬幅勻播旱地冬小麥與產(chǎn)量及產(chǎn)量構成因素的影響

2.2 不同處理對寬幅勻播旱地冬小麥品質性狀的影響

2.2.1 不同施肥量對寬幅勻播旱地冬小麥品質性狀的影響

由表4可見，寬幅勻播旱地冬小麥子粒蛋白質含量、濕面筋含量和沉降值均隨施肥量的增加而增加，F(xiàn)180處理的蛋白質和濕面筋比F150和F120處理提高了3.8%、7.6%和15.1%、18.9%，且差異均達顯著水平。穩(wěn)定時間對施肥量反應敏感，隨著施肥量的增加先升后降，F(xiàn)150比F180和F120處理分別高3.3%和12.6%，與F120的差異達到顯著水平。籽粒硬度隨著施肥量的增加而降低，水分含量隨施肥量增加先降低后升高。施肥量對籽粒容重、吸水率影響較小。

2.2.2 不同密度對寬幅勻播旱地冬小麥品質性狀的影響

由表5可知，密度對寬幅勻播旱地冬小麥籽粒品質的影響總體較小。隨著密度增大，寬幅勻播旱地冬小麥籽粒硬度、濕面筋含量、面團穩(wěn)定時間呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，當密度為D190時，籽粒硬度最大，當密度為D270時，濕面筋含量最高，穩(wěn)定時間最長。密度對籽粒容重、水分、蛋白質含量，沉降值、吸水率影響較小，經(jīng)方差分析，各處理間差異不顯著。

表4 不同施肥量對寬幅勻播旱地冬小麥籽粒品質性狀的影響

注：表中數(shù)據(jù)為表6中相關值的平均值。

表5 不同種植密度對寬幅勻播旱地冬小麥籽粒品質性狀的影響

注：表中數(shù)據(jù)為表6中相關值的平均值。

2.2.3 肥密互作對寬幅勻播旱地冬小麥品質性狀的影響

由表6可以看出，經(jīng)兩因素方差分析表明，施肥量與密度互作對寬幅勻播旱地冬小麥品質有一定影響。在低、中肥力水平，密度為D190～D270處理時，蛋白質、濕面筋含量隨播種密度的增加而增加；高肥力水平，密度為D270～D310時，蛋白質、濕面筋含量隨播種密度的增加先增加后減少。綜合分析品質性狀的變化規(guī)律，D230～D270范圍為高品質密度區(qū)，施肥量的增加可較好地調(diào)節(jié)籽粒品質，但應結合產(chǎn)量協(xié)同提高。

表6 不同施肥量、種植密度對寬幅勻播旱地冬小麥籽粒品質性狀的影響

2.3 不同處理對寬幅勻播旱地冬小麥總蒸發(fā)和水分利用效率的影響

表7結果表明，施肥量和種植密度顯著影響水分利用效率。在F180肥力水平，無論種植密度如何變化，總蒸發(fā)都高于其他施肥水平，表明高肥力水平能夠產(chǎn)生更大的土壤水分消耗和增加作物用水。在D190～D310密度范圍內(nèi)，水分利用效率先升高后降低，在F120～F180施肥范圍內(nèi)，隨著施肥水平的逐步提高，水分利用效率分別提高了48.5%和24.8%，但水分利用效率提高率逐步降低。

表7 不同施肥量、種植密度對寬幅勻播旱地冬小麥總蒸發(fā)和水分利用效率的影響

3 討 論

施肥量和種植密度對冠層結構、葉面積指數(shù)和光合特性等[20,21]有顯著影響，進而影響小麥產(chǎn)量和品質。有研究表明提高施肥水平顯著增加可育穗數(shù)、穗粒數(shù)和粒重，產(chǎn)量又隨種植密度增加呈先升后降的變化[11]。寬幅播種下，“泰農(nóng)18”種植密度為410 萬株/hm2時，可有效緩解單位面積穗數(shù)增加與單穗粒重降低、氮素吸收效率提高與氮素內(nèi)在利用效率下降之間的矛盾[22]。固定道壟作栽培方式下，施肥量在N 180 kg/hm2時能促進根系生長，進而提高籽粒產(chǎn)量及水氮利用效率[23]。本研究結果表明，在寬幅勻播栽培模式下，有效穗數(shù)對肥料水平反應敏感，而穗粒數(shù)和千粒重主要受播種密度的影響。施肥量F120～F150、種植密度D190～D270范圍內(nèi)，產(chǎn)量隨施肥量和種植密度的增加而增加，當施肥量超過F180、種植密度為D270～D310時產(chǎn)量反而下降，這與劉萍、趙廣才等[24,25]的研究結果一致。增加施肥無法彌補高密度造成的產(chǎn)量降低。

小麥籽粒品質受品種遺傳特性、生態(tài)環(huán)境和栽培措施的影響[26]。在一定范圍內(nèi)增加施肥量能顯著提高小麥蛋白質含量、濕面筋含量和沉降值[11,16]。本研究結果表明，合理的施肥量和種植密度有助于協(xié)調(diào)產(chǎn)量與品質間的矛盾。從蛋白質、濕面筋和沉降值等來看，低、中肥水平下，在D190～D230密度范圍內(nèi)，品質提高但籽粒產(chǎn)量下降，在D270～D310密度范圍品質產(chǎn)量協(xié)同提高；高肥水平下，隨密度的增加產(chǎn)量與品質提升的協(xié)同性較差，這與蔡金華、郭偉等[19,27]的研究結果相同，但與劉萍、周強等[24,28]的研究結論有一定差異。這可能是由于生態(tài)區(qū)、品種、播種時期、試驗地土壤條件以及氣候條件等因素不同所致。

旱地冬小麥不同栽培模式、施氮量和種植密度，在生長期間的土壤水分動態(tài)變化具有相似的規(guī)律，施氮和適當增加小麥種植密度有利于提高旱地水分生產(chǎn)效率[29]。本試驗結果表明，作物水分利用效率與施肥呈正相關，與種植密度相關性較差。在F120～F180施肥范圍內(nèi)，隨著施肥水平的逐步提高，水分利用效率分別提高了48.5%和24.8%，在F150施肥水平下，作物水分利用效率在1.5 kg/m3左右，進一步提高施肥水平無法再提高水分利用效率。這說明，控制播種密度、改善土壤肥力能促進寬幅勻播旱地冬小麥高效利用有限水分。

4 結 論

合理配置施肥量和種植密度，可提高寬幅勻播旱地冬小麥產(chǎn)量、品質和水分利用效率。本實驗結果表明，在干旱條件下，添加N 150 kg/hm2、P2O5105 kg/hm2和K2O 60 kg/hm2，種植密度270 kg/hm2，能顯著提高寬幅勻播冬小麥產(chǎn)量和品質，水分利用效率最高，這與旱作條件下冬小麥品種“小偃22”中等密度與較高施肥量配置最優(yōu)的結論一致[30]，可為生產(chǎn)中寬幅勻播旱地冬小麥高產(chǎn)優(yōu)質栽培提供理論依據(jù)。